CN106029299A - 磨料浆体的输送系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种磨料浆体输送系统，其配置来排出水(30)和磨料(54，54')的高压混合物，来与高压水流(30)进一步混合来产生磨料浆体和最终产生磨料浆体射流。该输送系统包括存储室(56)、排出室(58)和位于其之间的往复室(60)。该往复室(60)配置来间歇的接收来自于存储室(56)的磨料(54)和间歇的将混合有高压水(30)的磨料(54，54')供给到排出室(58)来从其中选择性排出。还提供了高压磨料浆体切割系统和相关方法。

Description

磨料浆体的输送系统和方法

发明背景

技术领域

本发明涉及磨料浆体输送系统，装置和方法，和具体的涉及这样的磨料浆体输送系统，装置和方法，其用于将高压磨料浆体供给到切割头的喷嘴，来产生用于切割或者加工工件的磨料浆体射流。

相关领域说明

水射流和磨料水射流切割系统被用于切割或者加工广泛的多种材料，包括石头，玻璃，陶瓷和金属。在一种典型的水射流切割系统中，高压水流过具有切割喷嘴的切割头，其将切割射流引导到工件上。该系统可以将磨料粒抽入或者供入高压水射流中来形成磨料水射流。更具体的，作为典型的常规水射流切割系统，该切割喷嘴可以包括孔口如宝石孔口，水在操作过程中送过其来产生高压水射流。磨料可以引入该孔口下游的混合室中，来将磨料带入水射流中形成磨料水射流。该切割喷嘴然后可以沿着工件受控移动来根据期望切割该工件。用于产生高压水射流和磨料水射流的系统目前是市售的，例如诸如本申请的受让人的Flow International Corporation所制造的Mach4^TM五轴水射流系统。水射流切割系统的其他例子显示和描述在Flow的美国专利No.5643058中，其在此以其全部引入作为参考。

与上述水射流系统相反，其他射流切割系统是已知的，其在形成用于切割或者加工工件的高速射流之前，将磨料和水的浓缩的混合物(在此称作“浆体”)直接供给到切割头的喷嘴。作为此处使用的，术语“磨料浆体射流”和“磨料浆体输送系统”是与这样的系统和方法相关来使用的，其中将磨料浆体供给到切割头的喷嘴来形成高速度射流，这与许多常规磨料水射流系统(其中将磨料在高速射流形成的下游带入混合室中)相反。

磨料浆体射流切割系统和方法的一些优点包括与磨料水射流系统相比，产生相对更细的磨料射流来切割更细的切口或者钻探更小的孔的能力。另外，磨料浆体射流切割系统和方法通常比相应的磨料水射流更有效，这归因于在产生孔口的射流的上游进行磨料混合。仍然另外的，该磨料浆体射流切割系统和方法通常可以以比相应的磨料水射流更高的速度切割，这归因于排出的磨料浆体射流更大的功率密度。

虽然磨料浆体射流切割系统和方法是已知的，但是许多常规系统具有多种缺点。例如一些磨料浆体射流系统使用了流化床方案来传输磨料，其中磨料是在压力容器中使用上升的高压水柱来流化的。这些系统典型的是明显大体积的，需要相对大的压力容器。另外，该压力容器必须定期打开来用磨料重新填充该压力容器，并且不能在这样的时间内供给磨料浆体，由此导致生产率损失。

发明内容

此处所述的实施方案提供磨料浆体输送系统和磨料浆体射流切割系统和相关方法，其特别好的适于供给磨料浆体来以有效的，紧凑的和便利的形式因素用于切割操作。实施方案包括磨料浆体输送系统，其用于排出水和磨料的高压混合物来与高压水流(例如40000psi或更高)进一步混合来产生磨料浆体和最终产生磨料浆体射流。该输送系统包括存储室，排出室和位于其之间的往复室，该往复室配置来间歇的接收来自于存储室的磨料和间歇的将混合有高压水的磨料以依次给料方式供给到排出室。

根据一些实施方案，磨料浆体射流切割系统可以总结为包括具有喷嘴的切割头，其配置来接收磨料浆体流和来在加工操作过程中产生磨料浆体射流；和容器组件，其配置来排出水和磨料的高压混合物，来与高压水流进一步混合来形成磨料浆体流。该容器组件可以包括存储室来包纳磨料，排出室，其具有出口来在加工操作过程中，将水和磨料的高压混合物选择性排入高压水流中和朝着切割头的喷嘴，和位于其之间的往复室。更具体的，该往复室可以位于存储室下游和排出室上游，来间歇的接收来自于存储室的磨料和间歇的将该磨料供给到排出室。该往复室可以连接到高压水源来间歇的将高压水供给到往复室，来间歇的加压该往复室以产生打算转移到排出室的水和磨料的高压混合物。

该容器组件的存储室、往复室和排出室可以固定连接到一起来形成多级容器。该多级容器可以延长的，通常圆柱形容器，其具有以通常共线方式排列的三个不同的级。在一些情况中，多个连接杆或者其他偏置装置可以排列来将该往复室压缩夹入存储室和排出室之间。该存储室、往复室和排出室的每个可以包括在其各自下端处的锥形表面，来将该磨料或者水和磨料的高压混合物向下游漏斗形通过。

该磨料浆体射流切割系统可以进一步包括定位系统，其连接到切割头上来在空间中操控该切割头，并且该多级容器可以连接到该定位系统上。该多级容器可以连接到定位系统上，以使得该多级容器与切割头一起相对于定位系统的至少一个旋转或者平移轴移动。该定位系统可以包括机械臂，并且该多级容器可以连接到该机械臂上。在其他情况中，该定位系统可以包括可移动连接到桥架上的托架，并且该切割头和多级容器可以连接到托架上来与之一起移动。

该容器组件可以进一步包括处于该存储室和往复室之间的第一阀门和处于该往复室和排出室之间的第二阀门，来选择性将每个室与相邻的室隔离或者隔开。该磨料浆体射流系统可以进一步包括控制系统，其通讯连接到该第一阀门和第二阀门的每个上，来依次打开和关闭该第一阀门和第二阀门，来将磨料从存储室经由往复室给料到排出室。

该容器组件的往复室可以包括连接到减压或者倾泄阀上的出口端口，和该控制系统可以通讯连接到减压或者倾泄阀上，来控制减压或者倾泄阀以从往复室选择性释放压力，来使得该往复室准备接收来自于存储室的磨料。该容器组件的往复室还可以包括连接到供压阀上的入口端口，和该控制系统可以通讯连接到供压阀来控制该供压阀，以间歇的将高压水供给到该往复室，来间歇的加压该往复室以产生打算转移到排出室的水和磨料的高压混合物。该容器组件的排出室可以连接到计量装置，和该控制系统可以通讯连接到该计量装置，来控制该计量装置以将水和磨料的高压混合物选择性排入高压水流中来形成磨料浆体。

根据一些实施方案，一种形成打算送过喷嘴来产生磨料浆体射流的磨料浆体的方法可以汇总为包括将磨料引入存储室；将该存储室下游的往复室减压来使得该往复室准备用于接收来自于存储室的磨料；将该磨料从存储室转移到往复室；将该往复室与存储室隔离；将高压水引入该往复室来在与存储室隔离时加压该往复室，以产生水和磨料的高压混合物；将该水和磨料的高压混合物从往复室转移到往复室下游的排出室；和将该水和磨料的高压混合物从排出室排入高压水流中，来与之混合和形成磨料浆体。将该磨料从存储室转移到往复室和将水和磨料的高压混合物从往复室转移到排出室包括以依次方式，将磨料从存储室经由往复室给料到排出室。将该磨料从存储室转移到往复室是以该存储室和往复室之间基本上没有压力差来发生的，和将该水和磨料的高压混合物从往复室转移到排出室可以以该往复室和排出室之间基本上没有压力差来发生的。该方法可以进一步包括在操作过程中将该存储室保持在大气压；和在操作过程中将该排出室保持在高压。

根据一些实施方案，一种使用高压磨料浆体射流加工工件的方法可以汇总为包括通过容器组件来给料磨料，该容器组件具有提供在存储室和排出室之间的往复室，该往复室连接到高压水源上，以便能够间歇的加压该往复室来在给料该磨料的同时产生水和磨料的高压混合物；将来自于该容器组件的水和磨料的高压混合物混入高压水流中来形成磨料浆体；将该磨料浆体送过喷嘴来产生高压磨料浆体射流；和用高压磨料浆体射流来撞击该工件。

附图的简要描述

图1是根据一种实施方案的具有磨料浆体输送系统的磨料浆体射流切割系统的等轴视图。

图2A-2C是根据一种实施方案的磨料浆体输送系统的示意图，显示为不同的操作构造。

图3是图1的磨料浆体射流的切割系统的磨料浆体输送系统的等轴视图。

图4是图3的磨料浆体输送系统的俯视平面图。

图5是沿着图4的线5-5所取的图3的磨料浆体输送系统的横截面图。

图6是沿着图4的线6-6所取的图3的磨料浆体输送系统的部分横截面图。

图7是沿着图4的线7-7所取的图3的磨料浆体输送系统的部分横截面图。

具体实施方式

在下面的说明书中，阐述了某些具体细节来提供对于不同的所公开的实施方案的彻底理解。但是，本领域技术人员将认可所述实施方案可以没有一种或多种的这些具体细节来实施。在其他情况中，没有详细显示或描述与磨料水流和磨料浆体射流切割系统和运行其的方法相关的公知的结构，来避免对于所述实施方案不必需的冗长描述。例如，公知的控制系统和驱动部件可以提供或者整合到磨料浆体射流切割系统中，来促进其的切割头相对于待加工的工件的移动。这些系统可以包括用于在多个旋转和平移轴周围操控切割头的驱动部件，例如五轴磨料水射流或者磨料浆体射流切割系统中常见的。示例的磨料浆体射流系统可以包括切割头，其连接到龙门型运动或者定位系统或者机械臂运动或者定位系统。

除非上下文另有要求，否则在整个说明书及其后的权利要求中，术语“包含”及其变体例如“包括”和“含有”被解释为是开放式的，包括性含义，其是“包括但不限于”。

在整个说明书中提及“一种实施方案”或者“一个实施方案”表示与该实施方案相关所述的具体特征，结构或者特性包括在至少一种实施方案中。因此，在整个说明书的不同地方出现的措词“在一种实施方案中”或者“在一个实施方案中”并不必需全部指的是相同的实施方案。此外，该具体的特征、结构或者特性可以在一种或多种实施方案中以任何合适的方式相组合。

作为这个说明书和所附权利要求中所用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数的指代物，除非所述内容有明确的相反指示。还应当注意的是术语“或者”通常在它的含义中包括“和/或”来使用，除非所述内容有明确的相反指示。

本文所述的实施方案提供磨料浆体输送系统和磨料浆体射流切割系统和相关方法，其特别适于将磨料浆体提供给切割操作(以有效、紧凑和方便的形式因素)。实施方案包括磨料浆体输送系统，其用于排出水和磨料的高压混合物，使其与高压水流进一步混合生成磨料浆体并最终生成磨料浆体射流。输送系统包括存储室、排出室和位于其间的往复室，往复室被配置为间歇的接收来自存储室的磨料，并间歇的将混合有高压水的磨料以依次给料方式供给到排出室。

如本文所述的，术语切割头通常可以指的是磨料浆体射流切割机或者系统在工作端处的部件的组件，并且可以包括例如磨料浆体射流切割系统的喷嘴和直接或间接与其连接，以与之一起移动的周围的结构和装置。该切割头也可以称为端部执行器。

图1显示了一种示例性实施方案的磨料浆体射流切割系统10，其具有与其连接的磨料浆体输送系统50。磨料浆体射流切割系统10可以在支承结构12附近运行，支承结构被配置为待由系统10切割或以其他方式加工的工件14。支承结构12可以是硬质结构或者可重构结构，其适于在待被切割、修剪或者其他方式加工的位置支承一种或更多种工件14(例如金属片或者板、复合材料飞行器零件等)。适当的工件支承结构12的例子包括显示和描述在Flow的美国申请系列号No.12/324719(2008年11月26日提交，公开号为US2009/0140482)中的那些，其在此以其全文引入作为参考。另外，支承结构12可以捕集槽的形式提供，其具有相对大的水容量来在它在加工过程中送过工件14之后，耗散磨料浆体射流的能量。用于支承工件14和耗散排出射流的能量的捕集槽系统的例子显示和描述在Flow的2011年7月28日提交的美国专利申请No.13/193435中，其在此以其全部内容引入作为参考。

磨料浆体射流切割系统10进一步包括桥架组件18，其沿着一对基础轨道20可移动。在操作中，桥架组件18沿着基础轨道20，相对于平移轴X前后移动，来定位系统10的切割头22，用于加工工件14。工具滑架24可移动的连接到桥架组件18上，来沿着另一平移轴Y前后平移，其是垂直于平移轴X对齐的。工具滑架24进一步配置来将切割头22沿着仍然的另一平移轴Z升降，来将切割头22朝着和远离工件14移动。在切割头22和工具滑架24之间还提供了一种或更多种可操控的连接或者元件，来提供另外的功能。

例如，系统10可以包括前臂26(其可旋转的连接到工具滑架24上，来将切割头22绕着第一旋转轴旋转)和机械腕27(其可旋转的连接到前臂26上，使切割头22绕另一旋转轴旋转，此旋转轴不平行于前述旋转轴)。在组合中，前臂26和机械腕27的旋转轴能够在相对于工件14的宽的定向范围内操控切割头22，这有利于(例如)复杂型材的切割。该旋转轴可以会聚于焦点处，其在一些实施方案中可以相对切割头22的喷嘴23的端部或尖端处偏移。切割头22的喷嘴23的端部或尖端优选定位在与待加工的工件14相距理想偏距的位置。该偏距可以选择或者保持为所期望的距离，以优化磨料浆体射流的切割性能。

在操作过程中，切割头22相对于每个平移轴X、Y、Z和一种或更多种旋转轴的移动可以通过不同的常规驱动部件和适当的控制系统28完成。控制系统28通常可以包括但不限于一种或更多种计算装置例如处理器，微处理器，数字信号处理器(DSP)，特定用途集成电路(ASIC)等。为了存储信息，控制系统28还可以包括一种或多种存储装置例如易失性存储器，非易失性存储器，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)等。该存储装置可以通过一个或多个母线连接到计算装置。控制系统28可以进一步包括一种或多种输入装置(例如显示器，键盘，触摸板，控制器模块或者用于用户输入的任何其他外围装置)和输出装置(例如显示器屏幕，光指示器等)。控制系统28可以存储一种或多种程序，用于根据不同的切割头移动指令来加工任何数目的不同的工件。控制系统28还可以控制其他部件例如诸如此处所述的磨料浆体输送系统50，52的阀门的运行。控制系统28根据一种实施方案可以以通用计算机系统来提供。该计算机系统可以包括部件例如CPU，不同的I/O部件，存储和存储器。该I/O部件可以包括显示器，网络连接，计算机可读媒体驱动器和其他I/O装置(键盘，鼠标，扬声器等)。控制系统操纵程序可以在存储器中执行，例如在CPU控制下执行，并且可以包括与将磨料通过磨料浆体输送系统50，52给料相关的功能，如其他地方更详细所述的。

用于磨料水射流切割机的控制方法和系统另外的例子(其包括例如CNC功能，并且其可应用于此处所述的磨料浆体射流切割系统)描述在Flow的美国专利No.6766216中，其在此以其全部引入作为参考。通常，计算机辅助制造(CAM)方法可以用于沿着指定路径有效的驱动或者控制切割头22，例如使用用于产生代码来驱动所述机器的计算机辅助设计(即，CAD模式)来产生二维或三维模式的工件。例如在一些情况中，CAD模式可以用于产生指令，来驱动切割系统10适当的控制器和发动机，来在不同的平移和/或旋转轴周围操控切割头22，来根据CAD模式切割或者加工工件14。但是，为了避免实施方案不必需的冗长描述，没有详细显示或描述控制系统28，常规驱动部件和与磨料水射流和浆体射流切割系统相关的其他公知系统的细节。

虽然图1的示例性磨料浆体射流切割系统10显示为包括桥架组件18或者龙门类型运动或者定位系统，但是将理解此处所述的磨料浆体输送系统50和切割系统10的实施方案可以与许多不同的已知的运动或者定位系统相关来使用，其包括例如机械臂，其可以在诸多的旋转和/或平移轴周围操控，来将切割头22在宽范围的位置和方向上定位。仍然另外的，在一些情况中，磨料浆体射流切割系统10可以具有固定切割头22，其中工件14是在其的喷嘴23下面操作的。

从图1中可以理解，磨料浆体输送系统50可以直接连接到磨料浆体射流切割系统10的运动或者定位系统的操控结构上，来与切割头22一起相对于至少一个平移或者旋转轴移动。例如，该磨料浆体输送系统50显示为连接到滑架24上来与之一起移动。在这种方式中，磨料浆体输送系统50可以受控来沿着至少X和Y轴与滑架24一起移动，来在整个操作过程中保持在切割头22的紧邻处。在一些情况中，磨料浆体输送系统50还可以连接到滑架24的可延长部分上，来与切割头22一起沿着Z轴移动。在其他实施方案中，和特别是具有机械臂运动或者定位系统的那些中，磨料浆体输送系统50可以连接到运动或者定位系统的一种或多种元件或者连接上，来与之一起相对于一种或多种平移或者旋转轴移动。在一些实施方案中，磨料浆体输送系统50的出口可以在整个操作过程中保持在切割头22的喷嘴23的大约两英尺内。将磨料浆体输送系统50的出口保持在切割头22的喷嘴23的紧邻处降低了或者使得磨料沉降的潜力最小化，其否则会在高压磨料浆体在相对长的距离上供给时发生。

在其他实施方案中，磨料浆体输送系统50可以位于远离运动或者定位系统之处，并且相对于磨料浆体射流切割系统10的坐标系保持静止。不管具体的排列如何，磨料浆体输送系统50配置来将高压磨料浆体在下游朝着切割头22供给，来切割或者加工工件14。本领域技术人员将理解术语上游和下游是相对位置的术语，其取决于流动物质的路径(例如水或者磨料或者其混合物的流动)，并且上游是在流动的水或者磨料或者其混合物的运动方向上接近于源头，和下游远离该源头。

图2A-2C是示意图，其显示了磨料浆体输送系统52，显示了将磨料54，54'从存储室56经由中间往复室60给料到排出室58，来将高压磨料浆体供给到切割头22的喷嘴23。示例性的磨料54，54'包括但不限于石榴石粒子，硅砂，玻璃粒子，氧化铝，碳化硅，其组合等。磨料的数目和类型可以基于磨料浆体射流是研磨，切割，钻探，蚀刻，抛光，清洁，还是充当了另一功能来选择。磨料54，54'可以基本上或者主要是单个类型的磨料或者不同类型的磨料材料的混合物，例如诸如2008年11月17日提交，并且作为US2010/0124872公开的Flow的美国申请系列No.12/272577所述的那些，其在此以其全部引入作为参考。

存储室56经由转移阀门A连接到往复室60，和往复室60经由转移阀门B连接到排出室58，以使得每个室56，58，60可以在操作过程中与相邻的一个室56，58，60选择性隔离或者隔开。排出室58进一步通过位于排出室58的出口64处的可调节的计量阀门C连接到切割头供给管线62。这使得磨料浆体输送系统52所产生的磨料浆体能够选择性排入高压水流中，来与供给到切割头22的高压水进一步混合。提供了高压水源30，来将高压水供给到切割头供给管线62，以及供给到往复和排出室58，60，如下面进一步详细讨论的。高压水源30可以例如是直接驱动或者增强泵，具有40000psi-100000psi或者更高的压力等级，来将高压或者超高压水供给到磨料浆体输送系统52和切割头22。示例性的直接驱动或者增强泵市售自本申请受让人的Flow International Corporation。作为此处使用的，术语高压水源30指的是这样的装置和系统，其能够产生至少40000psi的加压水源。从高压水源30发出的供给管线62可以包括主系统阀门D，用于将高压水选择性供给到磨料浆体输送系统52。但是，在整个正常的磨料浆体切割操作过程中，主系统阀门D保持在打开条件下。

在切割操作的至少一部分中，磨料浆体输送系统52可以处于存储室填充构造70中，如图2A所示。在这种构造中，存储室56是与其他室58，60隔离或隔开的，并且配置来接收干燥或湿润形式的磨料54的供给。有利的，磨料54可以加入或者供给到处于大气压条件下的存储室56中，无需中断磨料浆体到切割头22的供给(其是通过输送系统52产生的)。在一些实施方案中，例如

磨料54可以经由入口72(其打开到外部环境)手工沉积到存储室56中。在其他实施方案中，磨料54可以通过重力供给或者通过自动或者半自动输送系统输送到存储室56。该磨料输送系统可以包括，例如磨料的料斗或者储仓，其通过磨料供给管线连接到存储室56，将磨料连续或者间歇的供给到其中。

虽然图2A显示处于存储室填充构造70中，但是磨料浆体输送系统52可以根据需要将磨料浆体持续朝着切割头22供给来用于期望的切割或者加工操作。在这种方式中，排出室58也是与其他室56，60隔离的，并且内部装入了来自于高压水源30的高压水。更具体的，具有一个或多个分支76a，76b的高压水供给管线76可以将高压水供给到排出室58，来降低或者基本上消除沿着计量阀门C的压力差，来帮助将排出室58所含的水和磨料的高压混合物移动穿过计量阀门C，来进一步与高压水流混合来产生高压磨料浆体，其特别适于通过下游切割头22的喷嘴23排出。在图2A的图示中，例如排出室58通过排出室58的供给端口78供给了来自于供给管线76的第一分支76a的高压水。另外，供给管线76的第二分支76b连接到排出室58内的提升管80上。阀门F可以提供在供给端口78和高压水源30之间的第一分支76a中，来将第一分支76a与将高压水供给到存储室58选择性隔开。

在切割操作的至少一部分中，磨料浆体输送系统52可以处于往复室填充构造84中，如图2B所示。在这种构造中，往复室60与排出室58隔离或隔开，但是打开到存储室56来接收其中的磨料54。更具体的，位于存储室56和往复室60之间的转移阀门A打开来允许存储室56中的磨料54移入往复室60中。但是，在磨料54转移之前，往复室60可以排气到大气压，来使得沿着转移阀门A的压力差最小化或者基本上消除它。例如倾泄阀H可以提供在连接到往复室60的出口或者排气端口88上的辅助返回管线86中，并且打开来将往复室60内部排气到大气压，如89所标注的箭头所示。往复室60可以直接或者间接排气到排出口90，集水槽或者其他结构中。例如，在图2B所示的示例性实施方案中，往复室60显示为经由存储室56的中间部分排气到排出口90。为此目的，辅助返回管线86可以连接到存储室56的入口端口92，并且分别的排出口管线94可以提供在存储室56的出口或者排气端口96和排出口90之间，来将所排出的物质远离磨料浆体输送系统52送出。由于最小化或者基本上消除了沿着转移阀门A的压力差，存储在存储室56中的磨料54可以容易的转移到往复室60，如图2B的98标记的箭头所示。

在切割操作的至少一部分中，磨料浆体输送系统52可以处于排出室填充构造100中，如图2C所示。在这种构造中，往复室60是与存储室56隔离或隔开的，但是打开到排出室58来向其中供给磨料54'。更具体的，位于往复室60和排出室58之间的转移阀门B打开来允许往复室60中的水和磨料54'的高压混合物移入排出室58中。但是，在水和磨料54'的高压混合物转移之前，往复室60可以曝露于高压水源30来最小化或者基本上消除沿着转移阀门B的压力差。例如与高压水源30流体连通的高压供给管线76c可以连接到往复室60的压力端口102，来向其中选择性供给高压水。供压阀E可以提供在高压供给管线76c中，来向往复室60选择性供给高压水，当该磨料浆体输送系统52处于图2C所示的排出室填充构造100时，供压阀E处于打开位置。一个或多个孔口J，节气门或者其他流动控制装置也可以提供在高压供给管线76c内，来控制，操控或者调节到往复室60的高压水流。

此外，返回管线106可以提供在排出室58和往复室60之间的返回端口107处，以使得在排出室58填充方法过程中，水或者水和磨料的混合物能够返回往复室60，如108标记的箭头所示。返回阀门G提供在返回管线106中来用于这个目的，即，使得水或者水和磨料的混合物能够选择性返回往复室60。由于最小化或者基本上消除了沿着转移阀门B的压力差，因此往复室60中的水和磨料54'的高压混合物可以容易的转移到排出室58，如图2C的110标记的箭头所示。

将理解磨料浆体输送系统52特别适于将磨料54，54'从存储室56经由中间的往复室60给料到排出室58，而无需中断排出室58在切割操作过程中经由计量阀门C供给水和磨料的高压混合物的能力。在给料方法的一个阶段中，例如往复室60是与排出室58隔离的，并且排气到大气压来使得往复室60准备经由转移阀门A接收来自于存储室56的磨料54，同时水和磨料的高压混合物54'仍然在排出室58中保持可用于经由计量阀门C选择性排出。在该给料方法的另一阶段中，往复室60是与存储室56隔离的，并且将高压水引入来使得往复室60准备经由转移阀门B来将水和磨料54'的混合物供给到排出室58。同样，在这个阶段中，水和磨料54'的高压混合物仍然在排出室58中保持可用于经由计量阀门C选择性排出。这两个阶段可以连续或者间歇的重复，来准备稳定的供给水和磨料54'的高压混合物，用于随后通过计量阀门C排出。有利的，干燥或者湿润的磨料54可以在大气压条件下根据需要沉积到存储室56中，同样无需中断通过计量阀门C连续供给水和磨料54'的高压混合物来产生高压磨料浆体和最终高压磨料浆体射流，用于切割或者加工工件14的能力。

由于上述内容，形成用于送过切割头22的喷嘴23来产生磨料浆体射流的磨料浆体的方法可以包括：将磨料54引入存储室56中，并且在该存储室56下游减压该往复室60，来使得往复室60准备接收来自于存储室56的磨料54。该方法可以进一步包括将磨料54从存储室56经由中间转移阀门A转移到往复室56，然后将往复室60与存储室56隔离。在往复室60与存储室56隔离后，该方法可以通过将高压水引入往复室60来加压该往复室60，以在其中产生水和磨料54'的高压混合物而继续。接着，水和磨料54'的高压混合物可以经由中间转移阀门B从往复室60转移到往复室60下游的排出室58。该方法可以结束于将水和磨料54'的高压混合物从排出室58排入高压水流(用112标记的箭头表示)来与之混合和形成磨料浆体，或者该方法可以重复来将磨料54，54'通过室56，58，60连续给料。

根据一种实施方案，还提供了一种使用高压磨料浆体射流加工工件的方法。该方法包括将磨料通过磨料浆体输送系统52给料，该系统具有提供在存储室56和排出室58之间的往复室60，往复室60连接到高压水源上，以便能够间歇加压该往复室60来产生水和磨料54'的高压混合物。该方法进一步包括将来自于磨料浆体输送系统52的水和磨料54'的高压混合物混入高压水流中，如112标记的箭头所示，来形成磨料浆体，然后将该磨料浆体送过切割头22的喷嘴23来产生高压磨料浆体射流。该方法可以用高压磨料浆体射流撞击工件14来继续，以切割或者加工工件14。

图3-7显示了图1所示的磨料浆体输送系统50的示例性实施方案进一步的细节，其是在图2A-2C中图示的。为了便于理解，使用了相同的附图标记来表示图2中图示的磨料浆体输送系统50的那些特征，并且不应当认为是将图2A-2C相关所述的系统和方法的实施方案限制到图3-7所示的具体结构。而是，图3-7所示的输送系统50是作为非限定性例子来提供的。

如图3-7所示，浆体输送系统50可以包含容器组件120，其包括存储室56，排出室58和位于其之间的往复室60。存储室56可以提供在容器组件120的上端122处，来接收和包纳磨料54，用于随后下游给料该磨料54。有利的，磨料54可以加入或者供给到处于大气压条件下的存储室56中，无需中断该输送系统50所产生的磨料浆体向切割头22的供给。

在一些实施方案中，例如磨料可以经由入口72(其可以打开到外部环境)手工沉积在存储室56中。例如在图3-7所示的实施方案中，入口72是以可移动的盖子73的形式来提供的，其具有可释放的夹紧装置74，用于选择性闭合和打开盖子73。在这种方式中，盖子73可以快速和方便的打开和开放来接收磨料54，然后关闭和闭合来将磨料54封闭在存储室56内。在其他实施方案中，磨料54可以重力供给或者通过自动或半自动输送系统(未示出)输送到存储室56。这样的磨料输送系统可以包括例如磨料的料斗或者储仓，其通过磨料供给管线连接到存储室56上，连续或者间歇的向其中供给磨料，无论是在重力还是其他辅助力的作用下。还可以提供监控系统来感知存储室内磨料54的水平，并且当低于阈值水平时，提供信号来加入另外的磨料54。

往复室60位于存储室56下游容器组件120的中心部分124中，来间歇的接收来自于存储室56的磨料54和在高压条件下间歇的供给磨料54'到排出室58。为此目的，往复室60连接到高压水源30上，以便能够选择性和间歇的供给高压水到往复室60，来间歇的加压该往复室60和产生水和磨料54'的高压混合物，用于随后转移到排出室58。高压水源30可以例如是直接驱动或者增强泵，其的压力等级是40000psi-100000psi或更高。

排出室58是在往复室60下游在容器组件120的下端126处提供的。该排出室包括出口64，其连接到计量阀门C上，来将接收自往复室60的水和磨料54'的高压混合物选择性排入高压水流(在图3和5-7中用112标记的箭头表示)和朝着切割头22的喷嘴23，用于切割或者其他加工操作。与来自于输送系统50的水和磨料54'的高压混合物混合的高压水流112优选来自于相同的高压水源30，用于选择性加压往复室60。

如图6中最佳所示，容器组件120的往复室60与排气或者出口端口88流体连通，其连接到辅助返回管线86上，其具有倾泄阀H，来可控的选择性释放来自于往复室60的压力，以使得该往复室60准备接收来自于存储室56的磨料54。在图6所示的示例性实施方案中，往复室60显示为是经由存储室56的中间部分排气到排出口90。为此目的，辅助返回管线86经由合适的接头93连接到存储室56的入口端口92上，并且分别的排出口管线94提供在排出口90和合适的接头97之间的存储室56的出口或者排气端口96处，来将所排出的物质远离磨料浆体输送系统50送出。

往复室60可以进一步包括入口或者压力端口102，用于连接到与高压水源30流体连通的高压供给管线76c上，来在操作过程中选择性接收高压水。供压阀E可以提供在高压供给管线76c内来选择性控制高压水的供给，当磨料浆体输送系统50配置来从往复室60将磨料54配料到排出室58时，供压阀E处于打开位置。一种或多种孔口J，节气门或者其他流动控制装置也可以提供在高压供给管线76c内，来控制，操控或者调节到往复室60的高压水流。

此外，返回管线106可以提供在排出室58和往复室60之间，以便能够将水或者水和磨料的混合物在排出室58填充方法过程中返回往复室60。返回阀门G提供在返回管线106内用于这个目的，即，使得水或者水和磨料的混合物能够选择性返回往复室60。当高压水供给到该往复室时(即，当供压阀E打开时)，沿着转移阀门B的压力差最小化或者基本上消除，和同样，往复室60中的水和磨料54'的高压混合物可以容易的转移到排出室58。

排出室58可以包括入口或者供给端口78，来在操作的至少一部分中将高压水引入排出室58。该入口或者供给端口78可以位于排出室58的上端中，并且可以经由供给管线分支76a连接到高压源30。供给阀门F可以提供在供给管线分支76a中，来控制高压水到排出室58的供给。在正常的切割操作过程中，供给阀门F保持在打开位置，来将高压水连续供给到排出室58，而不管该磨料给料操作的阶段。因此，该磨料浆体输送系统50可以根据需要将磨料浆体连续供给来切割或者加工工件14，同时磨料54，54'依次通过系统50给料。

从图3-7中可以理解，存储室56，往复室60和排出室58可以固定连接到一起来形成硬质的多级容器。在一些情况中，该多级容器可以是延长的，通常圆柱形容器，其具有以通常共线方式排列的三个不同级。室56，58，60可以相对紧密的布置在一起或者可以通过其之间的中间结构隔开。分别的或者整合的集管57，59可以提供在室56，58，60之间，其具有此处所述的一个或多个不同的端口(例如端口78，88，102，107)，以便能够在所述的室56，58，60之间和之中流体连通。另外或者可选择的，一种或多个不同的端口(例如端口92，96)可以直接提供在限定每个室56，58，60的侧壁或者其他结构中。一种或多种密封装置可以提供在室56，58，60和当提供时的所述组件的其他部件(例如集管57，59)之间，来在操作过程中至少在往复室60和排出室58内提供密封环境，其足以接收高压水(例如40000psi或更高)。为了帮助保持适当的密封环境，多个连接杆61或者其他偏置结构可以排列来将往复室60压缩夹入存储室56和排出室58之间。

集管146可以提供在下游的容器组件120的下端126处或者与排出室58整合。集管146可以包纳或者包括排出室58的出口64和计量阀门C。另外，集管146可以包括入口端口147(其经由高压水供给管线76连接到高压水源30上)和出口端口148(用于排出高压水流，同时一起排出了通过计量阀门C选择性排出的，用于进一步混合的高压水和磨料54'的混合物，并且输送到切割头22的喷嘴23)。另外，高压水供给分支76b可以形成或者提供在集管146内，用于将高压水送过提升管80，其终止于排出室58的上部区域内，来在操作过程中将高压水引入排出室58的上部区域。

在一些实施方案中，室56，58，60中的一种或多种可以挠性连接到其他室56，58和60和/或相对于彼此远离布置。室56，58，60可以具有相同或者不同的内部容积，和可以具有彼此不同的形状和尺寸。虽然每个室56，58，60被显示为具有通常圆柱形轮廓，但是每个室56，58，60可以具有其他规则或者不规则形状的轮廓。另外，存储室56，往复室60和排出室58的一个或多个可以在其各自的下端处包括锥形表面150，152，154，来将该磨料或者水和磨料的高压混合物向下游漏斗通过。至少往复室60和排出室58可以配置来接收高压水，而没有可感知的永久变形。例如往复室60和排出室58可以具有足够的强度，来包含至少40000psi的水，并且其没有可感知的永久变形。

如图5所示，容器组件120包括处于存储室56和往复室60之间的第一转移阀门A和处于往复室60和排出室58之间的第二转移阀门B。这些转移阀门A，B可以通讯连接到控制系统28(图1)，来依次打开和关闭阀门A，B，来在操作过程中将磨料54从存储室56经由往复室60给料到排出室58。第一转移阀门A是可控的，来选择性隔离往复室60与存储室56，和第二转移阀门B是可控的，来选择性隔离往复室60与排出室58。控制系统28也可以运行该计量装置C，其连接到排出室58来从该排出室58选择性排出水和磨料54'的高压混合物。控制系统28可以基于诸多变量来改变水和磨料54'的高压混合物的排出速率，包括例如切割头22的行进速度或者要加工的材料的厚度或者类型。

转移阀门A，B的每个可以经由各自阀门杆130，132来控制或者启动，所述杆延伸穿过容器组件120到位于内部室56，58，60外面的各自气压或者水压传动器140，142。另外，气压或者水压传动器144可以提供来可调节的控制排出室58出口64处的计量阀门C。气压或者水压传动器140，142，144可以直接连接到容器组件120上，来与之一起在空间中操控。气压或者水压传动器140，142，144可以根据使用过程中在室56，58，60内所预期的不同的运行负荷条件来尺寸化。虽然图3-7没有完全示出，但是本领域技术人员将理解适当的流体管道，接头等可以与气压或者水压传动器140，142，144连通来提供，并且工作流体(例如压缩空气)可以通过控制系统28(图1)来控制，以便能够在操作过程中协同启动转移阀门A，B和计量阀门C。此外，虽然转移阀门A，B和计量阀门C被示意为通过各自气压或者水压传动器140，142，144来启动，但是将理解其他机构可以提供来代替所示的那些。例如经由一个或多个各自的螺线管所控制的一种或多种多位置阀门可以提供来实现此处所述的期望的功能性。

从上面的说明书和相应的附图可以理解，此处所述的磨料浆体输送系统50，52特别适于供给磨料浆体来在相对紧凑的和有效的形式因素或者包装中产生高压或者超高压磨料浆体射流。在一些实施方案中，例如磨料浆体输送系统50的容器组件120可以基本上包含在圆柱形工作封套(其具有大约36英寸的纵向高度和大约10英寸直径)内，同时仍然能够以足够的体积流速连续供给高压水和磨料54'的混合物，来与高压水进一步混合和送过切割头22的喷嘴23的孔口，来产生磨料浆体射流。通过使得磨料浆体输送系统50能够安装在运动或者定位系统上，来与切割头22一起相对于其的一个或多个平移或者旋转轴移动，这会是特别有利的。

2013年12月20日提交的美国临时专利申请系列No.61/919554在此以其全部引入作为参考。

此外，上述的不同的实施方案可以组合来提供另外的实施方案。根据上述详细说明，可以对所述实施方案进行这些和其他变化。通常，在下面的权利要求中，所用术语不应当解释为将权利要求限制到说明书和权利要求所公开的具体的实施方案，而是应当解释为包括全部可能的实施方案以及这样的权利要求可授予的全部范围的等价物。

Claims (31)

1.一种磨料浆体射流切割系统，其包含：

切割头，其包括喷嘴，所述喷嘴被配置为接收磨料浆体流和在加工操作过程中产生磨料浆体射流；和

容器组件，其配置来排出水和磨料的高压混合物，用于与高压水流进一步混合来形成磨料浆体流，该容器组件包括：

容纳磨料的存储室；

排出室，其具有出口，用来在加工操作过程中，将水和磨料的高压混合物选择性排出到高压水流中并朝着切割头的喷嘴；和

往复室，其位于存储室下游和排出室上游，用来间歇的接收来自于存储室的磨料和间歇的将所述磨料供给到排出室，所述往复室连接到高压水源，用来将高压水间歇的供给到往复室，以间歇给所述复室加压，以产生待被转移到排出室的水和磨料的高压混合物。

2.如权利要求1所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述存储室、所述往复室和所述排出室固定连接到一起形成多级容器。

3.如权利要求2所述的磨料浆体射流切割系统，其进一步包含：

定位系统，其连接到所述切割头，以在空间中操控所述切割头，且其中所述多级容器连接到所述定位系统。

4.如权利要求3所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述多级容器连接到所述定位系统，以使得所述多级容器与所述切割头一起相对于所述定位系统的至少一个旋转或者平移轴来移动。

5.如权利要求4所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述定位系统包括机械臂，且所述多级容器连接到所述机械臂。

6.如权利要求4所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述定位系统包括可移动连接到桥架上的滑架，其中所述切割头和所述多级容器连接到所述滑架以与其一起移动。

7.如权利要求1所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述容器组件包括处于存储室和往复室之间的第一阀门和处于往复室和排出室之间的第二阀门，且其中所述磨料浆体射流系统进一步包含：

控制系统，其相通的连接到所述第一阀门和第二阀门的每一个以依次打开和关闭所述第一阀门和第二阀门，以将磨料从所述存储室经由往复室给料到排出室。

8.如权利要求7所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述容器组件的往复室包括连接到倾泄阀的出口，且其中所述控制系统相通地连接到所述倾泄阀，以控制所述倾泄阀选择性释放往复室的压力，以使所述往复室准备接收来自存储室的磨料。

9.如权利要求7所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述容器组件的往复室包括连接到供压阀的入口，且其中所述控制系统相通地连接到所述供压阀，以控制所述供压阀将高压水间歇供给到往复室，用以间歇的给所述往复室加压，以产生待被转移到排出室的水和磨料的高压混合物。

10.如权利要求7所述的磨料浆体射流切割系统，其中所述容器组件的排出室连接到计量装置上，且其中所述控制系统相通地连接到所述计量装置用以控制计量装置将水和磨料的高压混合物选择性的排入高压水流以形成磨料浆体流。

11.如权利要求1所述的磨料浆体射流切割系统，其进一步包含：

磨料的料斗，其连接到所述容器组件的存储室，用于将磨料供给到存储室。

12.如权利要求1所述的磨料浆体射流切割系统，其中将形成所述磨料浆体流的高压水流以至少40000psi的压力供给到排出室的出口。

13.一种容器组件，其被配置为排出水和磨料的高压混合物，用于与高压水流混合来产生磨料浆体，所述容器组件包含：

存储室，用于临时存储磨料；

具有出口的排出室，将水和磨料的高压混合物选择性排入高压水流中，以与之混合并产生磨料浆体；和

往复室，其位于所述存储室下游和所述排出室上游，间歇的接收来自所述存储室的磨料，并将混合有高压水的磨料间歇供给到所述排出室，所述往复室包括入口，其可被连接到高压水源，用以间歇的接收高压水并间歇的加压所述往复室，以产生待被转移到所述排出室的水和磨料的高压混合物。

14.如权利要求13所述的容器组件，其进一步包含：

第一阀门，其设在所述存储室和所述往复室之间，将所述往复室与所述存储室选择性隔离；和

第二阀门，其设在所述往复室和所述排出室之间，将所述往复室与所述排出室选择性隔离。

15.如权利要求14所述的容器组件，其进一步包含：

计量装置，其连接到所述排出室，以选择性排出所述排出室的水和磨料的高压混合物。

16.如权利要求14所述的容器组件，其中所述第一阀门和第二阀门的每个是经由延伸穿过该容器组件的各自的阀门杆来控制。

17.如权利要求14所述的容器组件，其进一步包含：

连接到第一阀门的第一气压或者水压驱动器和连接到第二阀门上的第二气压或者水压驱动器，其用于在操作过程中选择性脱开所述阀门。

18.如权利要求13所述的容器组件，其中所述存储室、所述往复室和所述排出室固定的连接到一起形成多级容器。

19.如权利要求18所述的容器组件，其中所述多级容器是伸长的、通常圆柱形容器，其具有以通常共线方式排列的三个不同的级。

20.如权利要求13所述的容器组件，其中所述存储室、所述往复室和所述排出室的每一个在其各自下端包括锥形表面，以使所述磨料或者水和磨料的高压混合物向向下游注入。

21.如权利要求13所述的容器组件，其中所述排出室包括高压水管道，该管道终止于该排出室上部区域内，以在操作过程中将高压水引入该排出室的上部区域中。

22.如权利要求13所述的容器组件，其中所述排出室包括入口，其位于该排出室上端内，以在操作过程中将高压水引入该排出室的上端内。

23.如权利要求13所述的容器组件，其进一步包含：

多个连接杆，被设置为压缩的将所述往复室夹入所述存储室和所述排出室之间。

24.如权利要求13所述的容器组件，其中至少所述往复室和所述排出室被配置为接收至少40000psi的高压水，而没有可感知的永久变形。

25.形成待被送过喷嘴以生成磨料浆体射流的磨料浆体的方法，所述方法包含：

将磨料引入存储室；

使存储室下游的往复室减压，以使往复室准备好接收来自存储室的磨料；

将磨料从存储室转移到往复室；

将往复室与存储室隔离；

在与存储室隔离的同时，将高压水引入往复室来加压该往复室，以生成水和磨料的高压混合物；

将水和磨料的所述高压混合物从往复室转移到往复室下游的排出室；和

将水和磨料的所述高压混合物从所述排出室排入高压水流，以与之混合和形成磨料浆体。

26.如权利要求25所述的方法，其中将所述磨料从存储室转移到往复室，以及将水和磨料的所述高压混合物从往复室转移到排出室，包括以依次方式将磨料从存储室经由往复室给料到排出室。

27.如权利要求25所述的方法，其中将所述磨料从存储室转移到往复室是以所述存储室和所述往复室之间基本无压力差的情况下发生的。

28.如权利要求25所述的方法，其中将水和磨料的所述高压混合物从所述往复室转移到所述排出室是以所述往复室和所述排出室之间基本无压力差的情况下发生的。

29.如权利要求25所述的方法，其进一步包括：在操作过程中将所述存储室保持在大气压下；和

在操作过程中将所述排出室保持在高压下。

30.如权利要求25所述的方法，其中将磨料从所述存储室转移到所述往复室包括将所述磨料在湿或者干燥条件下转移。

31.使用高压磨料浆体射流加工工件的方法，所述方法包含：

通过容器组件来给料磨料，所述容器组件具有设在存储室和排出室之间的往复室，该往复室被连接到高压水源，以便能够间歇的加压所述往复室以在所述磨料给料的同时生成水和磨料的所述高压混合物；

将来自于所述容器组件的水和磨料的所述高压混合物混合入高压水流中形成磨料浆体；

将所述磨料浆体送过喷嘴以生成高压磨料浆体射流；以及

使用所述高压磨料浆体射流撞击所述工件。